高效、稳定的等离子体增强硫化钼光催化剂

以化石能源为主的能源消费模式已导致人类社会面临着严峻的能源危机。发展可再生、洁净的能源载体是当今世界面临的挑战。开发无污染、低成本的制氢技术日益受到各国的高度关注。通过设计高效低成本光催化体系并实现光分解水制氢,使人们看到了将太阳能转化为氢能的可能。但传统的光催化制氢,不仅成本昂贵,效率也难以令人满意。硫化钼由于其独特的光学和电学性质在光催化领域获得普遍报道。然而,硫化钼窄的光谱吸收范围和差的光催化稳定性严重制约了其广泛的应用。

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近期,西北工业大学纳米能源材料研究中心魏秉庆教授、李炫华教授研究团队设计制备了一种新型的光催化剂三元体系Au@MoS2-ZnO,并对它的光催化性能进行了详细的阐述。团队通过巧妙的实验设计,选取比表面积大、活性位点多的二硫化钼微球作为研究对象;引入金纳米颗粒,利用其金属等离子体共振拓宽了材料的光吸收范围; 同时利用ZnO的加固作用提高硫化钼的稳定性,并显著提高了激子分离,从而制备出高效、稳定的金属等离子体共振光催化剂。测试表明,其催化产氢量达到了3737.4 μmol/,产氢量是当前报道的硫化钼基催化剂中效果最好的;最令人兴奋的是,经过了32h测试后,产氢量仍有3434.7 μmol/g,仅有8.1%的产氢量损失。进一步研究表明,该三元体系设计有效地解决了硫化物在光催化过程中硫离子和光生空穴结合而产生的光腐蚀失活的问题,提高了催化剂产氢的稳定性。此项研究将会为设计金属表面等离子体共振光催化剂和提高硫化物催化剂的稳定性提供了新的思路。

本工作以封面文章的形式发表在Wiley旗下Small(10.1002/smll.201602122)上。